
[提供背景资料。视频介绍噬菌体以及噬菌体侵染细菌的过程,让学生明确在噬菌体侵染细菌的过程中,DNA进入了细菌细胞内,而蛋白质的外壳留在了细胞外。]
师:根据这个实验你能得出什么结论?
生:DNA是遗传物质而蛋白质不是遗传物质。
师:为什么能得出这个结论呢?
生:因为这个实验中,只有噬菌体的DNA进入了细菌体内,蛋白质没有进入,最后释放的噬菌体只能是进入细菌的噬菌体DNA发挥的作用。
师:你觉得用这个实验来证明DNA是遗传物质有什么巧妙之处?
生:噬菌体侵染细菌的过程中,DNA与蛋白质分开了,只有DNA进入细菌,可以单独看DNA的作用。
师:那么这个实验与肺炎双球菌转化实验在思路上有什么共同之处?
生:都是设法把DNA与蛋白质分开,单独地、直接地观察DNA或蛋白质的作用。
师:相比较肺炎双球菌转化实验,哪个实验更有说服力呢?
(学生讨论)
生1:噬菌体侵染细菌的实验。噬菌体的成分更简单,DNA与蛋白质分离得彻底,肺炎双球菌转化的体外实验中存在着DNA分离不够彻底,可能混有蛋白质的可能性。
生2:我们也认为是噬菌体侵染细菌的实验。因为肺炎双球菌转化实验中,除了说明DNA能控制荚膜性状外,并没有直接证明DNA能控制细菌的其他性状,因此也存在着DNA只是对荚膜的形成起直接的作用而不一定是遗传信息的载体。噬菌体侵染细菌的实验对DNA是遗传物质的证明更直接。
师:说得好。由此可见,科学实验中实验材料的选择是非常重要的,是实验成功的一个前提。但在噬菌体侵染细菌的实验中,细菌和病毒那么小,用肉眼是无法观察到的,科学家怎么知道DNA进入到了细菌细胞内,而蛋白质没有进入的呢?
生:是不是可以用同位素标记的方法呢?
师:为什么这么想?
生:光合作用过程中追踪不同元素来龙去脉的时候用的是同位素示踪的方法,因此我想这里也可以用同位素示踪。
师:那你觉得用同位素标记哪种元素呢?
生:(犹豫)可以标记N或P吧。
师:标记的目的是什么?
生:区分DNA与蛋白质,DNA进入细菌,蛋白质没进入细菌。
师:既然是要通过标记的同位素来区分DNA与蛋白质的,那么标记的元素应该有什么特点呢?
生1:我明白了,需要标记DNA与蛋白质特有的元素才能识别。DNA可以标记P,但蛋白质中什么元素是可以区别于DNA的呢?
生2:我觉得蛋白质可以标记S,大多数蛋白质会有S。
师:很好。科学家正是分别用32P和35S分别标记了噬菌体的DNA中的P和蛋白质中的S的。标记同位素的元素找到了,那么怎么才能标记到噬菌体的DNA与蛋白质上去呢?
生:(讨论后)可以让噬菌体去侵染含有同位素标记的细菌,这样释放出来的噬菌体就会带有相应的同位素标记了。
师:可标记了同位素的细菌哪来的呢?
生:用含有同位素的原料培养细菌,细菌就可以带有同位素了。
师:分析得真好,科学家就是先用含有同位素32P和35S的培养基分别培养细菌,使细菌先带有同位素,然后用噬菌体侵染含有同位素标记的细菌,使得噬菌体带有了同位素的标记。
有了带有同位素标记的噬菌体,让它们去侵染不含有同位素标记的细菌。根据噬菌体侵染细菌的过程,你能推测实验的结果会是如何的?
生:细菌内可以发现有32P,而35S存在于细菌外。
师:留在细菌外的蛋白质的外壳和进入细菌内的DNA都存在于培养液中,你怎么能区分这些同位素是在细菌内还是细菌外呢?
生:(困惑)
师:科学家利用了一个特点,细菌相对于噬菌体的蛋白质外壳比重要大,利用这个特点,科学家将进入细菌内的DNA和留在细菌外的蛋白质给区分开了。你觉得会是什么方法呢?
生:那我知道了,可以用离心分离的方法。
师:对。科学家赫尔希和蔡斯于1952年完成了这个实验,我们看一下这个实验。(投影教材图3-6噬菌体侵染大肠杆菌的实验图)哪位同学能对这个实验现象作出解释?
生:(解释,略)
师:在实验图示中有没有同学注意到,用35S标记噬菌体的实验中,沉淀中也有少量的放射性,这可能是什么原因呢?
生:可能是离心时有一部分35S标记的噬菌体蛋白质外壳也被沉淀了。
师:在32P标记噬菌体的实验中,上清液中也有少量的放射性,这是什么原因呢?
生1:可能是因为有少量噬菌体没有侵入细菌。
生2:也可能是细菌破裂噬菌体释放出来了。
师:分析得有道理。所以这个实验中,噬菌体侵染细菌后只需要经过短时间的保温就可以了。
[总结噬菌体侵染细菌的实验过程,略]
师:最后我们回顾一下,在噬菌体侵染细菌的实验中,涉及到了哪些技术手段,在肺炎双球菌转化实验中涉及到了哪些技术手段,这对于我们认识科学与技术间的关系有什么启示?
生:(讨论,略)
噬菌体侵染细菌的实验是生物科学史上一个非常经典的实验,它提供了DNA是遗传物质的有力证据。如果仅就知识结论来看,只需要通过对噬菌体侵染细菌的过程与结果作出分析就可以了,但在本教学案例中,教师在引导学生得出DNA是遗传物质的这一结论后,进一步就实验材料的选择,实验思路的设计,同位素标记及离心分离技术的应用,实验结果中非预期结果的分析等多方面进行了讨论,显然,这些讨论的主要目标是指向科学方法的。
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